بهترین پردازشگر (CPU) برای نرم افزار متاشیپ(فتواسکن)

هنگام طراحی یک کامپیوتر، هزاران مورد از اجزای سخت افزاری مختلف برای انتخاب وجود دارد و هر کدام از ان ها به نحوی بر روی عملکرد کلی سیستم شما تاثیر می گذارند. بر اساس نرم افزار مورد استفاده شما، بعضی از مولفه ها از سایرین مهم تر خواهند بود. در صورت استفاده از متاشیپ (فتواسکن) دو مولفه بسیار مهم و تاثیر گذار عبارتند از انتخاب بهترین پردازشگر و کارت گرافیک. هدف از این مقاله پاسخ به این سوال است: از کجا بدانیم که بهترین پردازشگر (CPU) برای نرم افزار Agisoft photoscan کدام است؟!

قبل از پاسخ به این سوال، درک این مطلب مهم است که دو مشخصه برای پردازشگر وجود دارد:

• فرکانس: منظور از فرکانس این است که یک هسته تکی پردازشگر چند عملیات را در یک ثانیه می تواند انجام دهد ( یعنی چقدر سریع است)
• تعداد هسته: منظور از تعداد هسته ها این است که چند هسته فیزیکی در یک پردازشگر وجود دارد ( چه تعداد عملیات بطور همزمان می تواند انجام شود)

این مساله تفاوت های معماری پردازشگرها را در نظر نمی گیرد اما در حالت ایده آل، پردازشگری که همان فرکانس را دارد، یک پردازشگر با دوبرابر تعداد هسته ها دقیقا دو برابر سریعتر است. متاسفانه، ساخت نرم افزار با استفاده از هسته های چندگانه در بسیاری از شرایط دشوار و در برخی دیگر تقریبا غیر ممکن است. پردازشگرهایی با تعداد هسته بالاتر میل به فرکانس های عملی پایین تر دارند و این مساله اطمینان از انتخاب بهترین پردازشگر برای نرم افزار را مشکل می سازد. در این مقاله هدف این است که بفهمیم متاشیپ(فتواسکن) با استفاده از چه نوع پردازشگری (فرکانس بالا یا چند هسته ای ) بهترین عملکرد را خواهد داشت.

با اینکه متاشیپ (فتواسکن) کارهای مختلف و متفاوتی را می تواند انجام دهد، برای این مقاله چهار مرحله مورد نیاز برای تبدیل یک مجموعه عکس به مدل سه بعدی در نظر گرفته می شود:

1. توجیه تصاویر
2. تولید ابر نقاط متراکم
3. تولید مش (Mesh)
4. تولید بافت (Texture)

تنظیمات تست انتخاب بهترین پردازشگر (CPU) برای نرم افزار متاشیپ (فتواسکن)

برای سیستم تست، از این سخت افزارها استفاده شده است:

از انجاییکه هدف مشخص کردن تعداد هسته های پردازشگر است که متاشیپ (فتواسکن) می تواند بطور موثری استفاده نماید، در این تست از یک جفت پردازشگر Xeon E5 2687W استفاده شده است که ۲۰ هسته فیزیکی برای تست در اختیار ما قرار می دهد. برای دیدن این مطلب که چگونه متاشیپ(فتواسکن) از هسته های چندگانه پردازشگر استفاده می نماید، تعداد هسته های پردازشگر را برای نرم افزار با تنظیمات وابستگی ویندوز تغییر داده ایم. با این تنظیم می توان متاشیپ (فتواسکن) را دقیقا با یک هسته تا کل بیست هسته بررسی نمود.

برای استحکام و پایداری – و از آنجا که معیارهای انجام شده ما برای چند روز انجام شد – ما یک اسکریپت سفارشی با استفاده از Auto It برای شروع متاشیپ(فتواسکن) برنامه ریزی کردیم، تنظیم وابستگی پردازشگر، لود کردن مجموعه تصاویر، در نظر گرفتن مدت زمانی که برای انجام کامل هر چهار مرحله لازم است، بستن برنامه متاشیپ (فتواسکن) تا تمام اطلاعات از حافظه موقت سیستم پاک شود، تکرار مراحل بصورتی که در هر بار یک هسته اضافه شود. برای تحلیل داده ها، نتایج حاصل را با توجه به اینکه چه مدت زمانی طول می کشد تا هر مرحله کامل شود با فلان مقدار هسته پردازشگر با این حالت که تنها با یک هسته انجام گیرد، مقایسه شده است. از این نتایج، از قانون آمدال برای تخمین کارایی موازی این عمل استفاده خواهد شد.

جاییکه یک پردازشگر با تعداد هسته بالا ایده آل باشد، کارایی ۱۰۰% کامل است اما هرچه فرکانس پردازشگر مهم و مهم تر شود، بهره وری کمتر و کمتر می شود. نکته مهمی که بایستی گوشزد شود این است که نتایج حاصل تنها برای مجموعه داده ای که استفاده کرده ایم ۱۰۰% بوده است. متوجه شدیم که بهره وری پردازشگر چند هسته ای بر اساس تعداد تصاویر یا رزولوشن آن ها تغییر نمی کند، اما اگر شما به دنبال نتایج دقیق برای پروژه تان در متاشیپ (فتواسکن) هستید، توصیه می کنیم از راهنمای تخمین عملکرد پردازشگر با استفاده از قانون آمدال استفاده نمایید. برای داده تست از مجموعه نمونه داده های مجسمه که شرکت Agisoft در وبسایتش قرار داده، استفاده نموده ایم. این مجموعه تصویر در عین حال که پردازش انها نسبتا سریع انجام می شود، برای تست واقعی کفایت پردازشگر چندهسته ای کاملا مناسب هستند.

برای اطمینان از اینکه نتایج حاصله برای مجموعه داده بزرگتر نیز قابل اطمینان است، از سایر پروژه هایی که مجموعه داده بزرگتری داشتند و توسط یکی از مشتریان ما ارائه شده است، استفاده نموده ایم. مشخص شد در حالیکه رزولوشن تصاویر بر روی زمان لازم برای هم راستا کردن تصاویر بی تاثیر است، ولی سایر مراحل را به نسبت یک به یک تغییر میدهد. بعلاوه تعداد تصاویر موجود در مجموعه تصاویر باعث یک تغییر خطی در مقدار زمان لازم برای انجام هر چهار مرحله می شود ( که شامل مرحله هم راستا کردن تصاویر نیز می شود ) به عبارت دیگر، مجموعه تصاویری با دو برابر تعداد تصویر و یا دوبرابر تعداد MP تقریبا دو برابر طول می کشد.

علاوه بر این، اگر مجموعه تصاویر دارای دو برابر تعداد تصویر باشند و دو برابر MP، تقریبا چهاربرابر طول می کشد. این مطلب به این معناست که آنچه که بعنوان عملکرد پردازشگر چندهسته ای نتیجه گرفته شده، خطی است یعنی پردازشگری که برای تعداد زیادی از تصاویر رزولوشن بالا بخوبی عمل نماید، برای تصاویر کمتر با رزولوشن پایین نیز مناسب خواهد بود. زمان دقیق ساخت مدل متفاوت خواهد بود – برای مجموعه داده بزرگتر به حافظه موقت بیشتری(RAM) نیاز خواهید داشت – ولی یک پیکربندی که برای مجموعه داده کوچک به اندازه ۵۰% افزایش عملکرد دارد، تقریبا برای مجموعه داده بزرگتر نیز باید ۵۰% افزایش عملکرد داشته باشد.

بررسی انتخاب بهترین پردازشگر (CPU) در توجیه تصاویر

بر اساس تنظیمات مورد استفاده، توجیه تصاویر بایستی در حدود ۱ الی ۸ % کل زمان لازم برای تولید مدل سه بعدی طول بکشد. این مساله به این معناست که داشتن بهترین پردازشگر (CPU) برای این مرحله معمولا برای تنظیمات در حالات متوسط و بالا نیاز است و تقریبا هیچ تاثیر بر روی حالت خیلی بالا ندارد.

در گراف بالا، خطوط با نقطه تغییرات سرعت درتست ما هستند. خطوط ساده نشان دهنده عملکرد محاسبه شده ای هستند که با اعمال قانون آمدال بر روی نتایج حاصل شده اند. نکته جالب این است که برای کل تست ها در متاشیپ (فتواسکن) یک کاهش عملکرد متمایز و واضح در ۱۱ هسته ای دیده شده ( این مساله هنگام استفاده از پردازشگر دوم نیز صحیح است ) این مساله بسیار طبیعی است از زمانی که یک پردازشگر دوم استفاده شود، تمام بار بین دو پردازنده انتقال می یابد. خبر خوب این است که متاشیپ (فتواسکن) بسیار سریع و به سرعت بهبود می یابد تا اینکه تنها پس از حدود چهار هسته عملکرد درستی در انتظار ماست. در کل، با دقت متوسط ما کارایی عملکرد ۹۰% پردازشگرچندهسته ای را مشاهده نمودیم و با دقت بالا شاهد عملکرد ۹۲% بودیم. این برای یک نرم افزار که توانایی استفاده از پردازشگر چندهسته ای را دارد، بسیار میانه رو است.

بررسی انتخاب بهترین پردازشگر (CPU) در تولید ابر نقاط

تولید ابرنقاط بخش جذاب متاشیپ (فتواسکن) است که تنها وظیفه شتاب دهنده کارت گرافیک است (بنابراین عملکرد کارت گرافیک شما بر روی زمان ساخت موثر است) و همچنین بیشترین زمان را برای کامل شدن به خودش اختصاص می دهد. بر اساس تنظیمات شما، این مرحله در حالت کیفیت متوسط ۵۰ درصد کل زمان لازم برای تولید مدل نیاز داشته باشد که در حالت کیفیت خیلی بالا به ۹۶% می رسد. به عبارت دیگر، این مرحله برای انتخاب بهترین پردازشگر (CPU) که بهترین عملکرد را در فتو اسکن داشته باشد، بسیار موثر است.

برای کیفیت فوق العاده بالا، تست ۲۰ بار انجام نشده چرا که مدت زمان طولانی ای را نیاز دارد. هرچند، به حد کافی آزمایش انجام داده ایم که به نتیجه حاصل شده اطمینان داریم. در حالت کیفیت متوسط، بهره وری در حدود ۶۸% مشاهده می شود. اگر کیفیت بر روی مقدار بالا تنظیم شود، این مقدار تا ۷۰% افزایش می یابد اما در حالت کیفیت فوق العاده بالا این مقدار تا ۶۶% کاهش می یابد. با این حال، از آنجایی که ساخت ابر نقاط متراکم از کارت گرافیکی استفاده می نماید، تست های اضافه ای انجام دادیم تا ببینیم چه تعداد کارت گرافیک بر روی بهره وری پردازشگر چند هسته ای تاثیر می گذارد.

این آزمایش را فقط برای کیفیت فوق العاده بالا انجام داده ایم و متوجه شدیم که به ازای هر کارت گرافیکی که به سیستم اضافه شود، عملکرد پردازشگر چند هسته ای در حدود ۵% افزایش می یابد. این به این معناست که استفاده از کارت گرافیک بیشتر باعث پیشرفت و بهبود متاشیپ (فتواسکن) در استفاده از مزایای هسته های اضافی پردازشگر می شود. و از آنجاییکه تولید ابر نقاط متراکم می تواند چیزی در حدود ۵۰ الی ۹۶ درصد کل زمان لازم برای تولید مدل سه بعدی را به خود اختصاص دهد، این مساله در انتخاب بهترین پردازشگر برای متاشیپ (فتواسکن) تاثیر بسزایی خواهد داشت.

بررسی انتخاب بهترین پردازشگر (CPU) در تولید مش

تولید مش در خالت کیفیت متوسط چیزی در حدود ۳۰ درصد کل زمان تولید مدل سه بعدی را اشغال می نماید. اگرچه این مقدار در حالت کیفیت بالا ۱۰% و در حالت کیفیت فوق العاده تنها ۲% کاهش میابد. در حالت کیفیت متوسط این مساله  اهمیت متوسطی دارد.

مانند سایر مراحل، وقتی که از پردازشگر دوم استفاده شود شاهد یک افت عملکرد خواهیم بود که البته به سرعت جبران می شود. در پایان، برای تولید مش، عملکرد پردازشگر چند هسته ای برای حالت متوسط در حدود ۸۸%  و برای حالت کیفیت بالا در حدود ۸۵% دیده شد.

بررسی انتخاب بهترین پردازشگر (CPU) در تولید بافت

تولید بافت چهارمین و آخرین مرحله از تولید مدل سه بعدی در متاشیپ (فتواسکن) است که در حالت کیفیت متوسط ۸% ، در حالت کیفیت بالا در حدود ۳% و در حالت کیفیت فوق العاده چیزی در حدود ۱% از کل زمان صرف شده را به خود اختصاص می دهد.

بطور غیرمنتظره ای، نتایج این بخش یک مقدار متناقض بوده و یک افزایش و کاهش بزرگ ناگهانی در عملکرد داشتند. اگرچه ما همچنان توانستیم یک تخمین نسبتا دقیق ۵۰ درصدی برای عملکرد پردازشگر چند هسته ای ایجاد نماییم. این مساله درست است که پردازشگر چند هسته ای بسیار بد عمل کرده و بدین معنی است که CPU با فرکانس بالا با تعداد هسته پایین برای این مرحله بهتر خواهد بود. خبر خوب اینکه درهنگام شروع به استفاده از CPU دوم مانند سه مرحله دیگر، دراینجا هیچ کاهش عملکردی مشاهده نمی شود.

نتیجه گیری

برای خلاصه کردن نتیجه های حاصل شده در انتخاب بهترین پردازشگر (CPU)، در اینجا کارایی و عملکرد موازی ما برای هر یک از چهار مرحله با تنظیمات Medium، High و Ultra High دیده می شود:

• به ازای هر کارت گرافیک اضافه شده ۵% به مقادیر اضافه می شود.

این اطلاعات در صورتی بسیار مفید است که به ما در تعیین اینکه کدام CPU برای متاشیپ بهترین است، کمک کند. اما برای تبدیل این اعداد به یک بررسی کلی چند هسته ای برای متاشیپ در تنظیمات با کیفیت متفاوت، ما باید مدت زمان لازم برای اجرای هر یک از چهار مرحله را در مقایسه با زمان کلی تولید مدل سه بعدی، مشخص کنیم.

وقتی این کارانجام شود، به این نتایج می رسیم:

این بدین معناست که برای هر هسته که اضافه شود، چیزی در حدود ۷۰% در عملکرد اضافه می شود. در ابتدا این مساله ممکن است خوب به نظر بیاید، ولی در واقع بازده کمتری برای هر پردازنده مرکزی بعد از اضافه کردن ۴ تا ۶ هسته به پردازشگر مشاهده می شود، پردازشگر با فرکانس بالاتر برای متاشیپ بهتر است. بطور معمول، از این کارایی می توان گفت که بهترین پردازشگر(CPU)  برای متاشیپ چیست اما متاسفانه اینجا جایی است که مساله پیچیده می شود.

اگر مقاله کارت گرافیک مناسب جهت پردازش با فتو اسکن را مطالعه کرده باشید، می بینید که عملکرد و تعداد کارت های گرافیک در سیستم تاثیر بسزایی بر روی تکمیل مرحله « ساخت ابرنقاط متراکم » دارد.

در کارت های گرافیک خیلی قوی که حدود ۳۵٪ سریعتر از کارت گرافیک با قدرت متوسط می باشد، اضافه کردن GPU دوم باعث افزایش کارایی ۳۰-۴۰٪ می شود، افزودن GPU سوم باعث افزایش کارایی ۲۰-۲۵٪ دیگر و اضافه کردن GPU چهارم عملکرد را با ۱۲-۱۵٪ دیگر افزایش می دهد.

و در واقع اگر از کارت های گرافیک چندگانه استفاده نمایید، عملکرد سیستم بطور قابل توجهی افزایش یافته و حتی می توان این افزایش را با استفاده از کارت های گرافیک تولید شده از سازنده های متفاوت باز هم افزایش داد که این افزایش به نسبت استفاده از یک پردازشگر با عملکرد ۷۰ % خیلی بیشتر است.

برای سایر نرم افزارها، این مساله به سادگی بیانگر این مطلب است که بایستی برای کارت گرافیکی خود بیشتر از پردازشگر هزینه نمایید، اما برای کار با متاشیپ، این مساله به دلیل دو عامل پیچیده تر است:

1. هرچه تعداد کارت های گرافیکی بیشتر شود، عملکرد پردازشگر چند هسته ای در مرحله تولید ابر نقاط متراکم، به ازای هر کارت گرافیکی چیزی در حدود ۵% افزایش می یابد.
2. برای هر کارت گرافیک در سیستم، کمپانی Agisoft توصیه می نماید که یک هسته پردازشگر غیر فعال شود. ( از طریق منوی Preferences گزینه OpenCL )

این مساله به این معناست که برای رسیدن به بهترین عملکرد، با اضافه کردن کارت های گرافیک، بایستی از پردازشگری با تعداد هسته بیشتر استفاده نمایید. بنابراین بایستی چندین کارت گرافیکی با پردازشگری با تعداد هسته های بالا خریداری نمایید تا با هم منطبق باشند.

منبع

پیشنهاد مطالعه:

• تولید نقشه از تصویر خام در نرم افزار متاشیپ
• محاسبه سطح رویه و حجم در نرم افزار متاشیپ
• حذف نواحی زائد از ارتوفتو در متاشیپ
• نحوه ی ترسیم پروفیل در نرم افزار متاشیپ
• ترسیم سه بعدی در نرم افزار متاشیپ
• بررسی خروجی گزارش نرم افزار متاشیپ
• ساخت انیمیشن در نرم افزار متاشیپ
• کارت گرافیک مناسب برای پردازش تصاویر در نرم افزار متاشیپ
• کاهش فشار بر CPU در نرم افزارهای پردازش تصویر